JP2003518632A - Method and apparatus for determining algebraic solutions to GPS ground hybrid positioning system equations - Google Patents

Method and apparatus for determining algebraic solutions to GPS ground hybrid positioning system equations

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Abstract

A method and apparatus for use in a hybrid position location system. The method and apparatus combines measurements from Global Positioning System (GPS) and terrestrial transceiver stations to compute the location of a device. An algebraic solution to hybrid position location system equations is output from the method and apparatus. The method and apparatus determines the position of a device using a non-iterative method, as against the use of a conventional iterative least mean square method. The method of the present invention can be used to solve the location system equations in scenarios where a non-iterative solution is desirable. In certain scenarios, the location system equations may have two possible solutions. An iterative method would converge on one of the solutions, without any indication of the existence of the other ambiguous solution. Moreover, the iterative method may converge on the incorrect of the two ambiguous solutions. Use of the presently disclosed method and apparatus yields both the ambiguous solutions. The disclosed method may be followed up with iterative methods, using the solutions from the algebraic method as initial estimates of the device location for the iterative method. A different process can then select the correct solution. Thus, the algebraic method can be used to detect the existence of ambiguous solutions, and to find both solutions.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の分野】 本発明は、一般に装置の位置を決めること、特にグローバルポジショニングシ
ステム(GPS)衛星から供給される、位置決定システム(position location s
ystems)に関する情報に基づいて装置の位置を決める方法と装置に関するもので
ある。 【0002】 【従来の技術】 グローバルポジションシステム(GPS)および地上移動通信の最近の発達は
、GPS機能性をセルラ移動局のような移動通信装置に統合することを望ましく
する。セルラ地球位置(geolocation)問題は、ネットワークベース方法あるいは
ハンドセットベース方法のいずれかを使用して解決できる。 【0003】 地上の位置 ネットワークベース解法は、移動局から送信され、複数の固定基地局で受信さ
れる信号による。これは、基地局で移動局信号の到達時間(TOA)を測定する
ことによって行うことができる。移動体は、異なる基地局における同じ信号の到
達時間の差によって規定される双曲線上にある。正確な位置推定値は、正確な同
期化および信号構造(帯域幅等)によって決まる。 【0004】 GPSベース位置決定 GPSベース位置決定は、12時間毎に地球を回る24の衛星(加えて1つあ
るいはそれ以上の軌道上の予備)の集合体による。この衛星は26,000km
の高度にある。各衛星は、2つの信号、すなわちL1(1575.42MHz)
およびL2(1227.60MHz)を送信する。L1信号は、2つの擬似ラン
ダム雑音(PN)コード、すなわち保護(P)コードおよび粗/同期補足(coars
e/acquisition)(C/A)コードで変調される。L2信号はPコードだけを伝送
する。各衛星は、固有コードを送信し、受信機が信号を識別することを可能にす
る。民間のナビゲーション受信機はL1周波数のC/Aだけを使用する。 【0005】 GPSを支持する考え方は、位置を決定する基準点として宇宙の衛星を使用す
る。3つの衛星からの距離を正確に測定にすることによって、受信機は、地球上
のどこであろうとその位置を「三角測量する」。受信機は、信号が衛星から受信
機に伝わるのに必要とされる時間を測定することによって距離を測定する。しか
しながら、伝達時間を測定する際の問題は、信号が衛星を出た時間を正確に知ら
なければならないことにある。これを行うために、全衛星および受信機は、正確
に同じ時刻に同じコードを発生するように同期化される。したがって、信号が衛
星を出た時間を知り、その信号を受信する時間を内部時計に基づいて観測するこ
とによって、受信機は信号の移動時間を決定できる。受信機がGPS衛星と同期
される正確な時計を有する場合、3つの衛星からの3つの測定値は、3次元の位
置を決定するのに十分である。各擬似距離(PR)測定値は、対応する衛星に中
心がある球体の表面上の位置を示している。GPS衛星は、GPSマスタプラン
(master plan)に従って非常に正確な軌道に配置されている。GPS受信機は
、各衛星が所定の時間に上空のどこにあるかを示す記憶された「暦」を有する。
地上局は、GPS衛星の軌道の変化を観測するためにGPS衛星を連続して監視
する。一旦衛星位置が測定されると、この情報は、中継され衛星に戻され、衛星
は、ナビゲーションメッセージの一部として衛星のタイミング情報とともにこれ
らの若干の誤差「天体位置表」を受信機に送る放送する。 【0006】 GPS受信機に正確な時計を具備ことは非常に高価である。実際には、GPS
受信機は、それ自体の時計に対して4つの衛星からの到達時間差を測定し、次に
ユーザの位置およびGPS時間に対する時計のバイアスの両方に対する値を求め
る。図1は、4つの衛星101、102、103、104およびGPS受信機1
05を示している。4つの衛星からの到達時間差を測定することは、図1に示さ
れるようなPR測定値および衛星位置(衛星データ)を与える4つの未知数を有
する4つの方程式の系を解くことを含む。換言すると、受信機の時計の誤差のた
めに、4つの球は、単一点で交差しない。この受信機は、それで、4つの球が1
つの点で交差するようにその時計を調整する。 【0007】 ハイブリッド位置決定システム 地上の位置決定の解法およびGPSの解法は互いに補足する。例えば、田舎の
地域および郊外地域では、あまり多くの基地局は移動局と連絡を取れないが、G
PS受信機は、4つあるいはそれ以上の衛星を認識できる。反対に、密集した都
市圏および建物内部では、GPS受信機は、十分な衛星を検出できない。しかし
ながら、移動局は、2つあるいはそれ以上の基地局を認識できる。ハイブリッド
解法は、移動局およびネットワークの両方に既に利用可能であるセルラ/PCS
情報を利用する。GPS測定値および地上測定値を結合することは、位置の決定
の有効性にかなり改良を与える。ハイブリッド位置決定システムは、地上ネット
ワークからの往復遅延(RTD)測定値およびパイロット位相測定値をGPS測
定値と結合してもよい。 【0008】 ハイブリッド方式は、GPS測定値およびネットワーク測定値を組み合わせ、
移動局の位置を計算する。移動局は、GPS集合体およびセルラ/PCSネット
ワークから測定値を収集する。これらの測定値は、移動局位置の推定値を生成す
るように結合される。 【0009】 十分なGPS測定値が使用可能である場合、ネットワーク測定値を使用するこ
とは必要ない。しかしながら、衛星が4個未満の場合、あるいは幾何学的配列が
良くない場合、4つあるいはそれ以上の衛星測定値、該測定値は、ネットワーク
測定値で補足されねばならない。解を得るための最少数の測定値は、未知数の数
に等しい。このシステムは、4つの未知数(3つの座標およびGPS受信機時間
バイアス)を有するので、解を得るための最少数の測定値は4である。利用可能
でない、いかなる衛星測定値の場合も往復遅延(RTD)測定値は、基地局まで
の距離を決定するために使用されてもよい。RTD測定値も、時間補助情報を与
えるために使用されてもよい。さらに、PNオフセット擬似距離のような他の情
報(時間バイアスが衛星に対して同じである場合)、PNオフセット差(時間バ
イアスが異なる場合)および高度補助は、付加的情報をもたらすので、求める未
知数(すなわち、x、y、z、および時間オフセット)を含む方程式の数を増加
させる。方程式の全数が4よりも大きい限り、解を見つけることができる。 【0010】 往復遅延(RTD) 基地局の各セクターの順方向リンク上のパイロットタイミングは、GPSシス
テム時間と同期される。移動局の時間基準は、復調で使用される最も早く到達す
る使用可能なマルチパス構成要素の移動局アンテナコネクタで測定されるような
発生の時間である。移動局の時間基準は、逆トラフィックチャネルおよびアクセ
スチャネルの送信時間として使用される。 【0011】 図2は、1つの地上トランシーバ局201および移動局202を示している。
図2に示されるように、移動体202は、サービング(serving)基地局201
からの受信時間の基準をそれ自体の時間基準として使用する。それ自体のハード
ウェア遅延およびソフトウェア遅延の原因を示すと、移動局は、順方向リンクお
よび逆方向リンクが本質的に等しい伝搬遅延を有すると仮定すると、合計2τだ
け遅延されるサービング基地局201に受信して戻されるようにその信号を送信
する。全遅延は、移動局202からの受信信号を時間Tsysの基準信号と相関
付けることによって基地局で測定される。測定されたRTDは、(基地局側のハ
ードウェア遅延の校正後の)移動体202と基地局201との距離の2倍に相当
する。 【0012】 サービング基地局のPNの情報は、(おおまかな到達角(AOA)測定のよう
な区分化のために)不明確さを解決することを助けるためにも使用することがで
きることに注意しなければならない。 【0013】 パイロット位相測定 移動局は、アクティブパイロットおよび隣接パイロットを連続して探索してい
る。この過程では、移動局は、受信する各パイロットのPNオフセットを測定す
る。時間基準がPNオフセットおよび衛星測定値の両方で同じである場合、(対
応するアンテナコネクタで測定されるような)これらの測定値のバイアスは同じ
である。そのときこれらは、両方擬似距離とみなすことができる。 【0014】 時間基準が異なる場合、単に各パイロットと基準(最も早い到達)パイロット
とのPNオフセット差を使用できる。パイロットPN位相差は、2つの基地局か
らの2つのパイロットの到達時間差(TDOA)と同じである。図4は、2つの
このような基地局401および移動局405を示している。 【0015】 大部分のセルラシステムでアンテナは区分化され、各PNは、基地局よりもむ
しろセクターに関連していることに注目せよ。したがって、各測定値は、TDO
A情報に加えて、不明確さを解決するために使用できるあるレベルの到達角度情
報(AOA)を与えることができる。 【0016】 高度補助測定 常に電話がどのセクターと通信しているかを決定することができる。これは、
電話の位置の推定値を3キロメートルから5キロメートル以内に与えることがで
きる。ネットワーク計画は、通常カバレージエリアのディジタルマップに基づい
て行われる。地形情報およびセクターの情報に基づいて、常にユーザ仰角の申し
分のない推定値を得ることができる。 【0017】 3つの衛星による3D位置決め 図3は、3つの衛星301、302、303、地上トランシーバ局304、お
よび移動局305を示している。図3に示されるように、移動局305は少なく
とも1つの基地局304からCDMA信号を受信するので、移動体305は、シ
ステム時間を得る。システム時間のその検知は、移動局305と基地局304と
の間の伝搬遅延τだけサービング基地局304の正確なシステム時間に対して遅
延される。一旦移動局305がシステムにアクセスしようと試みるかあるいはト
ラフィックチャネル上にあると、伝搬遅延τは、RTD/2によって推定される
。この推定値は、「正確な」GPS時間に一致するように移動システム時間を調
整するために使用できる。いま、移動局305内の移動時計はGPS時間と同期
化される。したがって、3つの衛星301、302、303からの3つの測定値
が必要される。移動システム時間はこの信号が直接パスあるいは反射パスをとる
かどうかにかかわらずτだけGPS時間からシフトされているために、マルチパ
スはシステムの性能に影響を及ぼさないことに注目せよ。基地局30のRTD測
定の代わりに、パイロット位相オフセットの移動局の測定値は、必要とされる衛
星数を3つに減らすために使用できる。 【0018】 2つの衛星による3D位置決め タイミングのためにサービング基地局のRTDを使用することに加えて、サー
ビング基地局は、図5に示されるように距離を突き止めるためにも使用できる。
図5は、2つの衛星501、502、基地局504、および移動局505を示し
ている。サービング基地局504の距離は、R=Cτによって示され、ここで
、Cは光速である。ここでマルチパスは位置決め精度に影響を及ぼす。所定の幾
何学的配置のシナリオの下では、2つの不明確な解を得ることができることに注
目せよ。この不明確さは、区分化情報あるいは順方向リンク情報のいずれかを使
用することによって解決できる。例えば、隣接するパイロットのパイロットPN
位相差は、生じる不明確さを解決するために使用できる。さらに、パイロット位
相測定値は、RTD測定値の代わりにあるいはRTD測定値に加えて使用されて
もよい。 【0019】 1つの衛星による3D位置決め このシナリオでは、提案された方式は、セルラ/PCSネットワークからの1
つの付加測定値を必要とする。この付加測定値は、順方向リンク上の第2のRT
D測定値あるいはパイロット位相オフセットのいずれかであり得る。図6は、衛
星601、2つの地上トランシーバ局604および移動局605を示している。
計算された位置に及ぼすマルチパスの影響を減らすために、移動局605は、最
も早い到達路のパイロット位相を報告する。 【0020】 異なる種類の測定値を結合する場合、反復解法(例えば、周知の「ニュートン
アルゴリズム」ベース傾斜方式)は、解(すなわち、求められる装置の位置)を
決定するために使用されてもよい。しかしながら、反復解法が使用される所定の
シナリオでは、2つの解が可能である。反復解法で使用される測定値の二次特性
(すなわち、解が必要とされる未知数の少なくとも1つが2乗されるという事実
)のために2つの解が可能である。2つの解の可能な存在は解の不明確さを形成
する。すなわち、2つの解のどれが求められる位置を示しているかは明らかであ
る。これは、グローバルポジショニングシステム(GPS)を含む(AOAを除
く)全種類のポジショニングシステムに応用する。 【0021】 不明確さの存在は、測定値の冗長性の存在および位置情報を供給する衛星およ
び地上トランシーバ局の相対位置による。測定値に冗長性が全然ない場合常に不
明確さがある。しかしながら、冗長性がある場合、不明確さが常に存在するが、
幾何学的配置は、供給される情報量が付加測定値に照らしてさえ不十分であるほ
どの配置である。しかしながら、これらはまれな出来事である。 【0022】 反復方法は、他の解の存在あるいは位置の少しの指示なしに解の中の1つに集
束する。集束する特定の解は、使用される初期条件によって単に決まる。 【0023】 GPSの場合、衛星の距離のために、不明確な解は、一般的には地球の表面か
ら非常に離れている。したがって、地球の表面に近い初期条件が与えられる場合
、反復方法が間違った解に集束することは不可能である。しかしながら、衛星測
定値を基地局測定値と結合する場合、2つの不明確な解が互いに接近しているこ
とはまさしく可能である。したがって、反復方法は、集束される解が正確な解で
あるかどうかあるいはともかく2つの解があるかどうかに関する明らかな決定な
しに2つの解の中の1つに任意に集束する。 【0024】 2つの解が存在する場合、徹底的な探索は両方の解を識別するために実行でき
る。しかしながら、1つの解だけが存在する場合、1つの解だけが存在するとい
う決定を行うことができる前に最少平均二乗法(LMS)反復方法を数回実行す
る必要があり得る。バンクロフト(Bacroft)(1984年1月8日にI
EEEによって発行された「GPS方程式の代数的解法(An Algebra
ic Solution of the GPS equation)」)およ
びシッパア(Schipper)(1997年8月5日に出願された米国特許第
5,914,686号の「擬似距離方程式の正確な解の利用(Utilisat
ion of Exact Solution of the Pseud−r
ange Equaiton)」)の両方によって示された代数的方法は、全測
定値が同じ時間バイアスを有することを必要とする。これは、代数的方法と併用
できる測定値の種類に対する抑制する要求である。したがって、CDMA通信シ
ステム基地局からの測定値が情報源の中の1つとして使用される場合、PN位相
測定値は、基地局への擬似距離を決定するために使用される。PN位相測定値の
使用は、GPS受信機が時計周波数に対してばかりでなく、時計位相に対しても
なくセルラトランシーバと同期化されるべきである。 【0025】 前述されるように、使用することは有利である他の測定値は、その位置が求め
られる装置とセルラ通信基地局のような地上トランシーバとの間でのRTDの測
定値である。しかしながら、(0である)RTDの測定値から生じる距離測定値
の時間バイアスはGPS測定値に関連した時間バイアスと同じでないので、RT
Dから得られる距離測定値は代数的解法には全然使用できない。代数的解法が不
明確な解を識別する最も有用な方法であるために、この方法は、使用可能である
測定値の全てを使用できるべきである。 【0026】 したがって、ハイブリッド位置決めシステム方程式と併用するための方法を実
行するより用途の広い代数的方法および装置が示されている。 【0027】 【発明の概要】 開示された方法および装置は、ハイブリッド位置決定システムで使用される。
開示された方法および装置は、グローバルポジショニングシステム(GPS)お
よび地上トランシーバ局からの測定値を結合して、装置の位置を計算する。ハイ
ブリッド位置決定システム方程式の代数的解は、開示された装置から出力される
。この方法および装置は、従来の反復最少平均二乗法の使用に対して非反復方法
を使用する装置の位置を決定する。本発明の方法は、非反復解法が望ましいシナ
リオで位置決定システムの方程式を解くために使用できる。あるシナリオ(scen
arios)では、位置決定システム方程式は2つの可能な解を有してもよい。反復
方法は、他の不明確な解の存在のいかなる指示もなしに解の1つに集束する。さ
らに、反復方法は、2つの不明確な解のうち不正確な解に集束してもよい。現在
開示されている方法および装置の使用は両方不正確な解を生じる。この代数的方
法は、次に代数的方法からの解を装置位置の初期の推定値として使用する反復方
法で対処されてもよい。異なる処理はそれで正確な解を選択できる。したがって
代数的方法は、不正確な解の存在を検出し、両方の解を探すために使用できる。 【0028】 開示された方法および装置がハイブリッドGPSおよびセルラ位置決定システ
ムに関して説明されることは当業者によって理解されるべきである。しかしなが
ら、開示された方法および装置は、同様に統合GPSおよび長距離ナビゲーショ
ン(LORAN)あるいは他のこのような地上システムのような衛星測定値ある
いは地上測定値を結合するいかなる位置決定のシステムにも応用できる。 【0029】 本発明は、下記の図面とともに行われるその好ましい実施形態の下記の詳細な
説明からより詳細に理解される。 【0030】 【発明の実施の形態】 【数1】 概要 開示された方法および装置は、位置決定システムで装置の位置を決定するため
に地上トランシーバ局および衛星(すなわち、ハイブリッド位置決定システム)
の両方を使用するシステムである。現在示されている方法および装置は、受信機
の位置を決定するのに十分な衛星測定値がないかあるいはより正確な位置が衛星
およびセルラ通信システムの基地局のような地上トランシーバ局の組み合わせを
使用して決定できるハイブリッド位置決定システムで最も有用である。 【0031】 開示された方法および装置によれば、「代数的」方法は、2つの解が存在し、
両方の解の値が反復なしであるかどうかを決定するために使用される。したがっ
て、代数的方法の使用は、不正確な解の両方を得るのに好ましい。開示された方
法および装置は、ナビゲーションの方程式のシステムの代数的(すなわち、非反
復近似)解を与える。この系のナビゲーションの方程式は、下記の各々に対する
1つの方程式を含む。すなわち、(1)高度補助情報によって決定されるような
装置の高度、(2)衛星測定値、(3)時間補助情報(すなわち、受信機時計バ
イアスの推定値)および(4)地上測定値。開示された方法および装置は、非反
復解法が望ましいシナリオで系のナビゲーションの方程式を解くために使用でき
る。 【0032】 ここで提示された近似は、衛星測定値およびユーザ位置の初期推定値の近くの
高度補助測定値を線形化することによる。衛星測定値および高度測定値を線形化
することは、平方にされる(すなわち2乗にされる)項を取り除くことを意味す
る。開示された方法および装置の一実施形態では、ユーザ位置の初期推定値は、
ユーザがどの区分化された地上トランシーバ局と通信しているかを示す情報(E
911フェーズ1に対する情報と等しい)を使用することによって得られる。そ
れとは別に、最初の位置決定は、前述の位置決定、他の位置決定技術等によって
得られる情報のような当該位置を推定するいかなる他の手段によっても決定でき
る。開示された方法および装置の他の実施形態では、初期推定値は、サービング
セクター(serving sector)の中心あるいはサービング基地局そのもののいずれか
である。推定がこのサービングセクターの位置および/またはサービング基地局
に関する情報あるいは求められる位置決定の妥当な推定値を与える任意の他の情
報を使用して行うことができることを理解すべきである。 【0033】 サービング基地局の位置決定に基づいた初期推定値は、一般的には正確に10
〜15km内にある。2乗される未知数(すなわち、二次未知数)が単一変数を
形成するように一緒にグループ化できる場合、代数的位置決定方法を利用できる
ために、衛星測定値および高度補助測定値を線形化することによって行われる近
似が必要とされる。この変数は、ナビゲーションの方程式の各々において同じ方
法を規定されねばならない。これは、上記に示された4つの種類のナビゲーショ
ンの方程式がこれらの方程式の各々の形式の差により示されている場合に可能で
ある。衛星測定値および高度補助測定値を線形化することは、二次未知数の数を
減らすので、二次未知数を一緒にグループ化し、ナビゲーションの方程式の各々
を通じて一貫した定義を有する二次変数として規定することを可能にする。 【0034】 解の1つが基準点から15km以上である場合、この解は不正確である。しか
しながら、この解が基準点の15km以内にあるべきであると予め決めたので、
このような不正確な解は、所望の解でない。基準点がユーザの15km以内にあ
ると予め決定できない場合(すなわち、セルがオーストラリアにあるような15
kmよりも大きい半径を有するシステムでは)、高度情報が平面波近似によって
近似されない場合、近似の精度を改良できる。 【0035】 したがって、高度情報が線形化される場合、不正確な解の1つだけが基準点の
中心の10〜15km以内にある限り、不正確さを解決できる。両方の解が基準
点の15km以内にある場合、この近似は両方の解に対して有効である。したが
って、両方の解に対する推定値は正確であり、一方の解は、他方の解に対して選
択できない。したがって、他の基準は、所望の解と間違った解とを識別するため
に使用されねばならない。 【0036】 一旦近似解が決定されると、近似解は、より正確な反復解を決定する初期条件
として使用できる。近似解からの解を移動局位置決定の初期推定値として使用す
ることは、近似によって導入されるエラーがない解への速い集束を行う。 【0037】 正確な解を識別するために使用できる基準のいくつかは、下記のことを含むが
、これに限定されない。(1)セクター角開口(すなわち、セクターの角度の大
きさ)および配置、(2)予想されるセルサイズに対するサービング基地局への
距離、(3)冗長性がある場合、2つの解の相対LMSコスト、(4)受信信号
電力および(5)ネットワーク計画に役立つカバレージマップ。カバレージマッ
プは最適基準を構成する。 【0038】 本書の方法の説明はハイブリッドGPSおよびセルラ位置決定システムを一例
として使用するが、この方法は、衛星測定値および地上測定値を結合する、統合
GPSおよびLORANのようないかなる位置決定システムに容易に用いること
ができる。 【0039】 異なる種類の地上測定値がある。これらは、3つのカテゴリー、すなわち距離
、擬似距離あるいは距離差の1つに属するものとみなされてもよい。さらに、時
計バイアスおよび/または高度推定値は利用可能であってもよい。後述される代
数的方法および装置は、衛星測定値および基地局測定値の下記の組み合わせのい
ずれかを処理できる。 【0040】 1.同じバイアス(平面波近似がある場合あるいは平面波近似がない場合)を
有する擬似距離としての地上測定値および衛星測定値。 【0041】 2.(平面波近似を使用する)距離差としての地上測定値および擬似距離とし
ての衛星測定値。これは、擬似ランダム雑音(PN)オフセット差(衛星とは異
なるバイアス)およびRTDの両方が利用可能である場合に相当する。次に、距
離測定値は全距離差を距離に変換するために使用される。 【0042】 これらの測定値の組み合わせのいずれかにも追加できる。 【0043】 ・時計バイアス推定値 ・高度補助(地球を平面として近似する) 本文で説明された技術は他の種類の測定値まで拡張できる。 【0044】 定義 この節では、本文の残りを通じて使用される表記法が定義される。下つき添字
「s」は、衛星測定値および衛星位置を示すために使用される。下つき添字「b
」は基地局測定値および基地局位置を示すために使用される。記号γ、ρ、δは
、距離、擬似距離および距離差をそれぞれを示すために使用される。エンティテ
ィの座標は、xent =[xententent]として示される。
この系の未知数は、u=[x b]=[x y z b]として示され
る。変数bは衛星測定値時間バイアスを示している。文字「b」は、バイアスが
衛星測定値の場合と同じであると仮定できる場合に基地局測定値のために使用で
きる。従来の表記法および従来の定義は、ベクトルの規準、すなわち|x
=(x +y +z 1/2および2つのベクトルの内積、すなわち<
、x >=x+y+zのために使用される。 【0045】 ナビゲーションの方程式の操作で行われる近似は、受信機位置の推定値が10
〜15km以内にあるために正確であると仮定する。一般に、電話への最も早い
到達時間を有するセクターはサービングセクターと呼ばれる。この基準点は、サ
ービングセクターのカバレージエリアの中心である。セクターのサイズが10〜
15kmよりも大きい場合、基準点がこの結果に従って更新される開示された方
法の反復を実行する必要があり得る。しかしながら一般には、これは必要でない
。 【0046】 高度補助 移動局の高度推定値は、地上情報、前述の位置決定、あるいは他のソースある
いは測定値から利用できてもよい。移動位置x =[x]が地
球に中心がある地球固定(ECEF)座標で規定される場合、高度推定値は、|
|の推定値である。代数的解法を助ける高度を含むために、代数的方法の
二次項の選択を制限しないように高度補助方程式を一次方程式として示さなけれ
ばならない。これは、高度推定値が(回転基準点の所定の半径内の)系の方程式
の未知数の線形結合になるように座標フレームを回転させることによって行うこ
とができる。 【0047】 Z軸が移動局の位置の初期推定値として選択される点を通過するようにECE
F座標フレームを回転させる。セルラ基地局およびGPS衛星のような地上トラ
ンシーバ局を使用するハイブリッド位置決定システムの場合、この初期推定値は
、選択された基地局のカバレージエリアの点であり得る。基地局測定値が擬似距
離あるいは距離である場合、サービングセクターの中心は初期推定値として使用
できる。基地局測定値が距離差である場合、サービング基地局(距離差基準)は
、初期推定値として使用されねばならない。これは、距離差測定値の場合この方
法によって課された制約による。 【0048】 移動局位置の初期推定値が移動局の正確な位置に近い場合、移動局高度の推定
値は、新しい回転座標フレームの移動局のZ座標の推定値である。線形化は、高
度推定値を移動局のX座標あるいは(前述されるようなZ軸の代わりに)Y座標
の推定値に変換することによって二者択一的に行うことができる。回転マトリッ
クスTは下記のように計算される。 【0049】 r =[x]が移動局位置のための初期推定値のECEF座
標を示す場合、これらの座標は、下記のように球座標系に変換できる。θ、ψお
よびrは球座標フレームの座標である場合、 【数2】 である。 【0050】 回転マトリックスは球座標の関数として示すことができる。 【0051】 【数3】 回転マトリックスTを使用し、回転座標系の全衛星および基地局の新しい座標
を計算する。 【0052】 【数4】 は、ECEF座標の衛星iの座標を示し、siT は、回転座標系の衛
星iの座標を示す。したがって、式(5)は、ECEF座標の衛星の座標から計
算されるように回転座標系の衛星iの座標を示す。したがって、回転座標系の移
動局のZ座標のための推定値が与えられる。Z座標の推定値は、新しい一次方程
式、z^=zを系の方程式に加えることによって単に考慮することができる。こ
の方法の1つの目的は、λによって系の方程式を定義することにある。式6aは
、一次変数λによって求められる位置を示す手段をもたらす。変数A、l
およびcは、等号を正確にするために選択される。 【0053】 【数5】 式6bでは、Aは、一次元マトリックス[0010]に等しく、λは、4つ
の未知数x、y、z、およびbを含む一次元マトリックスに等しく、lはゼロ
に等しく、cはz^に等しい。 【0054】 【数6】 式6bの形式は、下記で分かるように、高度情報を既知であり、衛星測定値お
よび基地局測定値のような他の情報と結合することをより容易にする。 【0055】 衛星測定値 [x]をその位置が求められる移動局の位置とし、[xsi
sisi]を衛星Sの位置とする。bを受信機時計バイアスとする。し
たがって、各衛星に対する擬似距離測定値ρ(ここで、i=1、...n)は
下記のように示すことができる。 【0056】 【数7】 衛星は地球からはるかに離れているために、平面波近似を使用することは妥当
である。平面波近似は、衛星からある距離の球体の代わりに、衛星測定表面は衛
星からある距離の平面である。 【0057】 ベクトルは、ν si=(x−xsi)/|x−xsi|として規定され、
照準線は、衛星からの基準になる。衛星測定方程式は、下記のように記述できる
。 【0058】 【数8】 式8bは式8aから続くことが分かる。 【0059】 【数9】 系の方程式は、求められる位置に対する各セットの衛星測定値の関係を示す下
記の形式に記述できる。 【0060】 【数10】 式8bを複数の衛星sからsの各々に対して式9aの形式で記述すると、
下記のようになる。 【0061】 【数11】 時間補助 基準基地局で行われるRTD測定は、移動局時計のバイアスを推定するために
使用できる。RTD測定は、移動局に到達するために基地局から送信され、移動
局によって再送信され、基地局によって受信される信号に対して必要とされる時
間量を測定し、移動局による同期再送信(すなわち、送受信信号が同期している
)をとることによって行われる。伝搬時間が両方向で等しいとの仮定が行われる
場合、信号が基地局から移動局まで移動するのに必要とされる時間量は、RTD
測定値の1/2から決定できる。したがって、移動局時計は、信号が基地局と移
動体との距離を通過するのに必要とされる時間量だけ基地局時計からずらされる
ので、基地局に対する移動局時計バイアスを決定できる。移動局時計は、GPS
擬似距離を測定するために時間基準として使用されることに注目すべきである。
したがって、 【数12】 である。 【0062】 ここで、b^は、GPS擬似距離測定を実行するために使用される時間基準の
バイアスbの推定値である。時計バイアスは、前述のナビゲーション解法のよう
な他のソースあるいは測定値からも利用可能であり得る。時計バイアスの推定値
は、新しい一次方程式、b^=bを系の方程式のために使用される形式で示すこ
とによって単に考慮できる。 【0063】 【数13】 地上測定値およびシステム解法 地上測定値は3つの方法で処理できる。 【0064】 1.地上擬似距離 2.地上距離 3.地上到達時間差 擬似距離としての地上測定値 移動局によって形成されるパイロット位相測定値は擬似距離とみなされる。G
PSおよびLORANの両方を使用する系では、LORAN測定値は擬似距離と
みなされてもよい。地上測定値が擬似距離とみなされる場合、これらは下記のよ
うに示すことができる。 【0065】 【数14】 ここでbは各測定値のバイアスである。 【0066】 測定値の各々に対して、下記の操作を実行する。最初にbを両辺から減算す
る。次に、式の両辺を二乗すると下記のようになる。 【0067】 【数15】 次に、各辺が展開されると、下記のようになる。 【0068】 【数16】 次に、二次項の全ては式の右辺に集められると下記のようになる。 【0069】 【数17】 二次変数、λ=|x|−bが定義される。式(13c)は下記のように記
述できる。 【0070】 【数18】 各基地局に対する演算を擬似距離測定値の式(13)および(14)で実行で
きる。したがって、複数の基地局bからbに対する系の方程式は、そのとき
下記のように所望の形式で示すことができる。 【0071】 【数19】 高度補助、衛星測定値および式(6)、(9)、および(11)のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の場合、二次項はとにかく同じであるので衛星測定値に対する平面波近似を使用
する必要がないことを注目せよ。したがって、ここで基地局測定値に用いられた
同じ操作は衛星測定値に対しても実行できる。 【0072】 この式のセットは、一つの方程式のセットを得るように連結できる。 【0073】 【数20】 Bを一般化されたAの逆数とすると(この場合の共分散は測定値の共分散マト
リックスと同じでないことに注目せよ)、そのとき下記のようになる。 【0074】 【数21】 ベクトルpおよびqのx成分、y成分、およびz成分を示す一対のベクトルd
およびeを下記のように規定し、 【数22】かつベクトルpおよびqのオフセットbを示す一対のスカラーfおよびgを下記
のように規定する。 【0075】 【数23】 したがって、下記のことが分かる。 【0076】 【数24】 【数25】 したがって、式28bをλの定義に代入すると、下記のようになる。 【0077】 【数26】 次に、λに関連した項の全部、λに関連した項の全部、λに関連していない
項の全部を式の左辺に一緒に集めると、下記のようになる。 【0078】 【数27】 式(19b)は、λの二次項であり、下記の解を有する。 【0079】 【数28】 λのこれらの2つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの2つの値に相当する解を求めることができる。 【0080】 【数29】 正しい解を区別するために、2つの解を系の方程式に戻して代入し、非常にわ
ずかな残差を生じる解を求める。両方の解がわずかな残差を生じる場合、このシ
ステムには2つの不正確な解がある。 【0081】 距離としての地上測定値 基地局によって実行されるRTD測定値は、移動局と基地局との距離を概算す
るために使用できる。基地局で行われるRTD測定値は距離測定値とみなすこと
ができる。基準局で行われるRTD測定値は、他の基地局への距離を得るために
基準基地局および他の基地局からのパイロット信号の到達時間差の移動局の測定
値と結合することができる。 【0082】 この場合、前述された高度補助に対する近似を使用する必要がないことを注目
せよ。 【0083】 地上測定値が距離とみなされる場合、この地上測定値は、下記の形式で示すこ
とができる。 【0084】 【数30】 測定値の各々に対して、下記の操作を実行できる。 【0085】 【数31】 次に、この式の右辺の項が展開される。 【0086】 【数32】 次に、二次項は、式の右辺に集められ、分離される。 【0087】 【数33】 二次変数はλ=|xとして規定される。式(23c)は下記のように示
すことができる。 【0088】 【数34】 全距離測定値に対する演算を式(23)および(24)で実行できる。次に、
この系の方程式は下記のように記述できる。 【0089】 【数35】 高度補助、衛星測定値および式(6)、(9)、および(11)のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の式のセットは、一つの式のセットを得るように連結できる。 【0090】 【数36】 Bを一般化されたAの逆数とすると(この場合の共分散マトリックスは共分散
マトリックスと同じでないことに注目せよ)、そのとき下記のようになる。 【0091】 【数37】 ベクトルpおよびqのx成分、y成分、およびz成分を示す一対のベクトルd
およびeを下記のように規定し、 【数38】 かつベクトルpおよびqのオフセットb成分を示す一対のスカラーfおよびgを
下記のように規定する。 【0092】 【数39】 したがって、下記のことが分かる。 【0093】 【数40】 【数41】 したがって、下記のようになる。 【0094】 【数42】 λを式29aの両辺から減算することによって、等号がゼロに設定される: 【数43】 式(29b)はλの二次方程式であり、下記の解を有する。 【0095】 【数44】 λのこれらの2つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの2つの値に相当する解を求めることができる。 【0096】 【数45】 正しい解を区別するために、2つの解を系の方程式に戻して代入し、非常にわ
ずかな残差を生じる解を求める。両方の解がわずかな残差を生じる場合、このシ
ステムには2つの不正確な解がある。 【0097】 距離差としての基地局測定値 移動局は、異なる基地局からのパイロット信号の到達時間差を測定する。これ
らの測定値は距離差とみなすことができる。GPSおよびLORANの両方を使
用するシステムでは、LORAN測定値は距離差とみなされてもよい。基地局の
1つ(例えば、b)は全距離差の測定値に対する基準であり、この基地局が座
標フレームの原点である、と、一般性の損失なしに仮定する。したがって、距離
差測定値は下記のように示すことができる。 【0098】 【数46】 測定値の各々に対して下記の操作を実行する。 【0099】 【数47】 両辺を展開する: 【数48】 次に、方程式の右辺に二次項を集める。 【0100】 【数49】 二次変数はλ=|x|として規定される。式(33c)は下記のように記述
できる。 【0101】 【数50】 全距離差測定値の式(33)および(34)の操作を実行できる。次に、この
系の方程式は下記のように記述できる。 【0102】 【数51】 高度補助、衛星測定値および式(6)、(9)、および(11)のそれぞれに
に規定されるような時間バイアス測定値は、この段階でこの系に付加できる。こ
の式のセットは、単一の式のセットを得るように連結できる。 【0103】 【数52】 Bを一般化されたAの逆数とすると(この場合の共分散マトリックスは共分散
マトリックスと同じでないことに注目せよ)、そのとき下記のようになる。 【0104】 【数53】 この点で2つの新しいベクトルdおよびeと2つの新しいスカラーfおよびg
を規定する。 【0105】 【数54】 (1) p(2) p(3) はベクトルpのx成分、y成分および
z成分である。 【0106】 q(1) q(2) q(3) はベクトルqのx成分、y成分および
z成分である。 【0107】 p(4) はベクトルpのb成分である。 【0108】 q(4) はベクトルqのb成分である。 【0109】 これによって、x成分、y成分およびz成分は、b成分とは別個であるみなす
ことができる。 【0110】 式38を式37に代入する場合、下記の式を得る。 【0111】 【数55】 下記であることを分かるべきである。 【0112】 【数56】 したがって、この系の未知数x、y、およびzは、下記のようにλの関数とし
て示すことができる。 【0113】 【数57】 式39aは、λを両辺から減算することによってゼロに等しく設定される。 【0114】 【数58】 式(39b)は、λの二次項であり、下記の解を有する。 【0115】 【数59】 λのこれらの2つの値をλの関数としてシステム変数の定義に代入することに
よってλのこれらの2つの値に相当する解を求めることができる。 【0116】 【数60】 不明確な解 二次系の代数的解法は、冗長性がある場合さえ、常に2つの解を生じる。開示
された方法および装置によれば、正しい解を区別するために、これら2つの解を
系の方程式に戻して代入し、非常にわずかな残差を生じる解を求める。両方の解
がわずかな残差を生じる場合、この系は2つの明確な解を有する。正しい解は、
基地局測定値に関連したセクター情報と矛盾のない解である。それとは別に、求
められる位置の最初の推定値を決定するために使用されるこの方法のいずれかが
不明確さを解決する(すなわち2つの解の中の1つを選択する)のに役立つため
にも使用されてもよいことを当業者は理解するであろう。例えば、その位置が求
められる装置と通信しているセクターは、解の1つ、その代わりにサービング基
地局の位置、この装置内の高度センサによって決定されるような装置の高度、あ
るいは解の1つが正しいより可能性があるという可能性を制限するために使用さ
れてもよいいかなる他の情報も取り除いてもよい。前述のように、不明確さを解
決するために使用できる基準のいくつかは、下記のことを含むが、これに限定さ
れない。(1)セクター角開口(すなわち、セクターの角度の大きさ)および配
置、(2)予想されるセルサイズに対するサービング基地局への距離、(3)冗
長性がある場合、2つの解の相対LMSコスト、(4)受信信号電力および(5
)ネットワーク計画に役立つカバレージマップ。 【0117】 図7は、開示された方法および装置を実施するために使用される1つの装置7
00の構造を示している。図7に示されるように、この装置は、アンテナ702
と、トランシーバ704と、プロセッサ706とを含む。このアンテナは、衛星
および地上トランシーバ局のような信号源の各々から信号を受信する。この信号
は、アンテナ702からトランシーバ704に結合される。次に、この信号は、
当業者に周知であるようにトランシーバ704によって処理される。このトラン
シーバは、アナログ通信トランシーバ、ディジタル通信トランシーバ、GPS位
置決定トランシーバ、ロラントランシーバ、あるいはこれらもしくは他の種類の
トランシーバの任意の組み合わせであってもよい。次に、処理信号はプロセッサ
706に結合される。このプロセッサ706は、前述された機能を実行でき、メ
モリを含む汎用マイクロプロセッサと、メモリを含む特別なマイクロプロセッサ
、専用集積回路(ASIC)(あるいはASICの一部)、個別部品を含む専用
回路、状態機械を含む専用コンピュータと、あるいはミニコンピュータ、デスク
トップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、あるいはメインフレームコン
ピュータを含む任意の汎用コンピュータを含む任意の種類の計算装置であっても
よい。このプロセッサ706は、この装置700の位置を出力する。プロセッサ
700によって実行される処理機能が、同じ物理位置にあってもよいしあるいは
なくてもよいいくつかの部品の中に分散されてもよい。例えば、情報が、必要と
される計算および操作のいくつかを実行する可能な決定装置(PDE)のような
装置によって収集され、外部装置に送信されることは一般的である。 【0118】 前述された好ましい実施形態は例として引用されることに注目すべきであり、
本発明の全範囲は特許請求の範囲だけに限定される。例えば、本出願は上記のい
くつかの例の通信基地局の使用を示しているが、地上トランシーバ局は、信号を
供給でき、位置探索を決定する本方法および装置を受け入れる任意の局であって
もよい。同様に、上記の例の多くで参照される衛星はGPS衛星である。それに
もかかわらず、衛星は、位置探索決定のために前述のように使用できる位置探索
をもたらす付加信号を供給する任意のシステムであってもよい。 【図面の簡単な説明】 【図1】 4つの衛星およびGPS受信機を示している。 【図2】 地上トランシーバ局および移動局を示している。 【図3】 3つの衛星、地上トランシーバ局、および移動局を示している。 【図4】 2つの基地局および移動局を示している。 【図5】 2つの衛星501、502、基地局504、および移動局505を示している
。 【図6】 衛星601、2つの地上トランシーバ局604、および移動局を示している。 【図7】 開示された方法および装置を実施するために使用される1つの例の構造を示し
ている。 【符号の説明】 101…衛星、102…衛星、103…衛星、104…衛星、201…基地局、
202…移動局、301…衛星、704…トランシーバ、706…プロセッサ、
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION       [0001]     FIELD OF THE INVENTION   The present invention generally relates to the positioning of devices, and in particular to global positioning systems.
Position location system (GPS) supplied by GPS
methods and devices for locating devices based on information about
is there.       [0002]     [Prior art]   Recent developments in Global Position System (GPS) and terrestrial mobile communications
Wants to integrate GPS functionality into mobile communication devices such as cellular mobile stations
I do. The cellular geolocation problem is a network-based method or
The solution can be made using any of the handset-based methods.       [0003]   Ground position   A network-based solution is transmitted from a mobile station and received by multiple fixed base stations.
Depends on the signal. This measures the time of arrival (TOA) of the mobile station signal at the base station.
Can be done by The mobile receives the same signal at different base stations.
On a hyperbola defined by the difference in arrival times. An accurate position estimate is
And the signal structure (bandwidth, etc.).       [0004]   GPS based positioning   GPS-based positioning involves 24 satellites orbiting the Earth every 12 hours (plus one more).
Or higher orbital reserves). This satellite is 26,000km
At altitude. Each satellite has two signals, L1 (1575.42 MHz)
And L2 (1227.60 MHz). The L1 signal has two pseudo runs.
Dumb noise (PN) codes, ie, protection (P) codes and coarse / synchronous supplements (coars)
e / acquisition) (C / A) code. L2 signal transmits only P code
I do. Each satellite transmits a unique code, enabling the receiver to identify the signal
You. Commercial navigation receivers use only the C / A of the L1 frequency.       [0005]   The idea behind GPS is to use space satellites as reference points to determine position.
You. By accurately measuring the distance from three satellites, the receiver can
"Triangulate" the location wherever you are. Receiver receives signal from satellite
Measure distance by measuring the time required to travel to the aircraft. Only
The problem with measuring transit time, however, is that it knows exactly when the signal has left the satellite.
There is something that must be done. To do this, all satellites and receivers must be
Synchronized to generate the same code at the same time. Therefore, the signal
Know the time when the star left, and observe the time to receive the signal based on the internal clock.
And allows the receiver to determine the travel time of the signal. Receiver synchronized with GPS satellite
If you have an accurate clock that is measured, three measurements from three satellites
Is sufficient to determine the placement. Each pseudorange (PR) measurement has a medium
The position of the heart on the surface of the sphere is shown. GPS master plan is GPS master plan
(Master plan) is placed on a very accurate orbit. GPS receiver
Has a stored "calendar" that indicates where each satellite is above the sky at a given time.
The ground station continuously monitors the GPS satellites to observe changes in their orbit.
I do. Once the satellite position is determined, this information is relayed back to the satellite,
This along with satellite timing information as part of the navigation message
Broadcast the slight error "astronomical position table" to the receiver.       [0006]   Providing a GPS receiver with an accurate clock is very expensive. In fact, GPS
The receiver measures the time difference of arrival from the four satellites against its own clock, and then
Find values for both the position of the user and the bias of the clock relative to GPS time
You. FIG. 1 shows four satellites 101, 102, 103, 104 and a GPS receiver 1
05 is shown. Measuring the time difference of arrival from the four satellites is illustrated in FIG.
Has four unknowns that give the PR measurements and satellite position (satellite data) as
Involves solving a system of four equations In other words, the error of the receiver clock
For this reason, the four spheres do not intersect at a single point. This receiver has four balls
Adjust the clock so that it intersects at two points.       [0007]   Hybrid positioning system   The ground location solution and the GPS solution complement each other. For example, in the countryside
In regional and suburban areas, not many base stations can contact mobile stations,
A PS receiver can recognize four or more satellites. On the contrary, a dense city
In metropolitan areas and inside buildings, GPS receivers cannot detect enough satellites. However
However, the mobile station can recognize two or more base stations. hybrid
The solution is a cellular / PCS that is already available for both mobile stations and networks.
Use information. Combining GPS and ground measurements can determine the position
Gives a considerable improvement in the effectiveness of Hybrid positioning system
Measurement of the round trip delay (RTD) from the workpiece and the pilot phase measurement by GPS
It may be combined with a fixed value.       [0008]   The hybrid scheme combines GPS measurements and network measurements,
Calculate the position of the mobile station. The mobile station has a GPS aggregate and a cellular / PCS net.
Collect measurements from the workpiece. These measurements generate an estimate of the mobile station position.
To be combined.       [0009]   If sufficient GPS measurements are available, use network measurements.
Is not necessary. However, if there are fewer than four satellites, or if the geometry is
If not, four or more satellite measurements, the measurements will be
Must be supplemented with measurements. The minimum number of measurements to obtain a solution is the number of unknowns
be equivalent to. This system has four unknowns (three coordinates and GPS receiver time
), The minimum number of measurements to obtain a solution is four. Available
No, for any satellite measurement, the round trip delay (RTD) measurement is sent to the base station.
May be used to determine the distance of RTD measurement value also provides time auxiliary information
May be used to obtain In addition, other information, such as the PN offset pseudorange,
(If the time bias is the same for the satellite), the PN offset difference (the time
If the ias are different) and altitude assistance can provide additional information,
Increase number of equations involving knowledge (ie, x, y, z, and time offset)
Let it. As long as the total number of equations is greater than four, a solution can be found.       [0010]   Round trip delay (RTD)   The pilot timing on the forward link for each sector of the base station is determined by the GPS system.
Synchronized with the system time. The mobile station's time reference is the earliest that is used for demodulation.
As measured at the mobile station antenna connector of the available multipath component
It is the time of occurrence. The time base of the mobile station is based on the reverse traffic channel and access
Used as the transmission time of the channel.       [0011]   FIG. 2 shows one terrestrial transceiver station 201 and one mobile station 202.
As shown in FIG. 2, a mobile unit 202 includes a serving base station 201.
From the time of receipt from. As its own time reference. Hard of itself
Indicating the cause of the software and software delays, the mobile station should
And the reverse link have essentially equal propagation delays, for a total of 2τ
To the serving base station 201 which is delayed
I do. The total delay is determined by converting the received signal from mobile station 202 to time TsysAnd reference signal
Measurement at the base station. The measured RTD is (C on the base station side)
Equivalent to twice the distance between mobile 202 and base station 201 (after calibration of hardware delay)
I do.       [0012]   The information of the PN of the serving base station can be obtained by the following method.
Can also be used to help resolve ambiguities)
You have to be careful.       [0013]   Pilot phase measurement   The mobile station is continuously searching for active and neighbor pilots.
You. In this process, the mobile station measures the PN offset of each received pilot.
You. If the time base is the same for both PN offset and satellite measurements,
The bias of these measurements (as measured at the corresponding antenna connector) is the same
It is. Then they can both be considered pseudoranges.       [0014]   If the time bases are different, simply each pilot and the reference (earliest arrival) pilot
Can be used. Pilot PN phase difference between two base stations
It is the same as the time difference of arrival (TDOA) of these two pilots. Figure 4 shows two
Such a base station 401 and mobile station 405 are shown.       [0015]   Antennas are segmented in most cellular systems, and each PN is better than the base station
Note that it is related to the white sector. Therefore, each measurement is
In addition to A information, some level of angle information that can be used to resolve ambiguity
Information (AOA).       [0016]   Altitude auxiliary measurement   You can always determine which sector your phone is communicating with. this is,
Can give an estimate of the phone's location within three to five kilometers.
Wear. Network planning is usually based on digital maps of coverage areas
Done. Always provide user elevation based on terrain and sector information
An uncertain estimate can be obtained.       [0017]   3D positioning by three satellites   FIG. 3 shows three satellites 301, 302, 303, a ground transceiver station 304, and
And a mobile station 305. As shown in FIG.
Since both receive a CDMA signal from one base station 304, the mobile unit 305
Get stem time. Its detection of system time is determined by mobile station 305 and base station 304.
Between the base station 304 and the exact system time of the serving base station 304.
Postponed. Once the mobile station 305 attempts to access the system or
When on the traffic channel, the propagation delay τ is estimated by RTD / 2
. This estimate adjusts the mobile system time to match the "accurate" GPS time.
Can be used to trim. Now, the mobile clock in mobile station 305 is synchronized with GPS time
Be converted to Thus, three measurements from three satellites 301, 302, 303
Is required. Moving system time, this signal takes direct path or reflected path
Regardless of whether or not it is shifted from GPS time by τ,
Note that the performance does not affect the performance of the system. RTD measurement of base station 30
Instead, the mobile station's measurement of the pilot phase offset is
Can be used to reduce the number of stars to three.       [0018]   3D positioning with two satellites   In addition to using the serving base station RTD for timing,
Bing base stations can also be used to determine distance as shown in FIG.
FIG. 5 shows two satellites 501, 502, a base station 504, and a mobile station 505.
ing. The distance of the serving base station 504 is R3= Cτ, where
, C is the speed of light. Here, multipath affects positioning accuracy. Predetermined number
Note that under the geometry scenario, two ambiguous solutions can be obtained.
Look at me. This uncertainty is based on the use of either segmentation information or forward link information.
Can be solved by using For example, the pilot PN of an adjacent pilot
The phase difference can be used to resolve the resulting ambiguity. In addition, pilot position
Phase measurements are used in place of or in addition to RTD measurements.
Is also good.       [0019]   3D positioning with one satellite   In this scenario, the proposed scheme is one from a cellular / PCS network.
Requires two additional measurements. This additional measurement is the value of the second RT on the forward link.
It can be either a D measurement or a pilot phase offset. FIG.
A star 601, two ground transceiver stations 604 and a mobile station 605 are shown.
To reduce the effect of multipath on the calculated location, mobile station 605 may
Also reports the pilot phase of the earlier reach.       [0020]   When combining different types of measurements, iterative solutions (eg, the well-known “Newton
The algorithm "based gradient method" computes the solution (i.e.
It may be used to determine. However, given the iterative solution is used,
In the scenario, two solutions are possible. Quadratic properties of measurements used in iterative solving
(Ie the fact that at least one of the unknowns for which a solution is required is squared
)), Two solutions are possible. Possible existence of two solutions forms solution ambiguity
I do. That is, it is clear which of the two solutions indicates the desired position.
You. This includes the Global Positioning System (GPS) (excluding AOA).
C) Apply to all types of positioning systems.       [0021]   The presence of ambiguity indicates the presence of satellite redundancy and the presence of measurement redundancy.
And the relative position of the ground transceiver station. Whenever there is no redundancy in the measurements,
There is clarity. However, with redundancy, there is always uncertainty,
The geometry is such that the amount of information provided is insufficient even in light of the additional measurements.
Which arrangement is. However, these are rare events.       [0022]   Iterative methods combine into one of the solutions without any indication of the existence or location of the other solution.
Bunch. The particular solution to focus depends solely on the initial conditions used.       [0023]   In the case of GPS, the ambiguous solution is typically due to the distance of the satellite,
Very far away. Therefore, given initial conditions close to the Earth's surface
It is impossible for an iterative method to converge on the wrong solution. However, satellite measurements
When combining fixed values with base station measurements, make sure that the two ambiguous solutions are close to each other.
And it is possible. Therefore, iterative methods are used to ensure that the focused solution is
An obvious decision as to whether or not there are two solutions
Then arbitrarily focus on one of the two solutions.       [0024]   If there are two solutions, an exhaustive search can be performed to identify both solutions
You. However, if there is only one solution, there is only one solution
Perform the least mean squares (LMS) iterative method several times before a decision can be made
May need to be done. Bacroft (Ian on January 8, 1984)
"Algebraic solution of the GPS equation (An Algebra) published by EEE
ic Solution of the GPS equation) ”) and
And Shipper (U.S. Pat.
U.S. Pat. No. 5,914,686, "Utilizing Exact Solutions of Pseudorange Equations (Utilisat)
ion of Exact Solution of the Pseudo-r
The algebraic method shown by both
It requires that the constant values have the same time bias. This is used in conjunction with algebraic methods
It is a requirement to suppress the types of measurements that can be made. Therefore, the CDMA communication system
If measurements from the stem base station are used as one of the sources, the PN phase
The measurements are used to determine a pseudorange to the base station. PN phase measurement
The usage is that the GPS receiver is not only for the clock frequency, but also for the clock phase.
But should be synchronized with the cellular transceiver.       [0025]   As mentioned earlier, other measurements that may be advantageous to use, the position of which is determined
Measurement of the RTD between the equipment being installed and a terrestrial transceiver such as a cellular base station.
It is a fixed value. However, the distance measurement resulting from the RTD measurement (which is zero)
Is not the same as the time bias associated with the GPS measurements,
The distance measurements obtained from D cannot be used at all in an algebraic solution. Algebraic solution
This method is usable because it is the most useful way to identify a clear solution
All of the measurements should be available.       [0026]   Therefore, a method for use with the hybrid positioning system equation has been implemented.
A more versatile algebraic method and apparatus for performing is shown.       [0027]     Summary of the Invention   The disclosed method and apparatus are used in a hybrid positioning system.
The disclosed method and apparatus are compatible with a global positioning system (GPS) and
And the measurements from the ground transceiver station to calculate the position of the device. Yes
Algebraic solution of brid positioning system equation is output from disclosed device
. The method and apparatus is a non-iterative method over the use of the traditional iterative least mean square method.
Determine the location of the device using The method of the present invention is a method in which a non-iterative solution is desirable.
It can be used in Rio to solve the equations of the positioning system. A scenario (scen
In arios), the position determination system equations may have two possible solutions. Repetition
The method focuses on one of the solutions without any indication of the existence of another ambiguous solution. Sa
Furthermore, the iterative method may focus on the incorrect one of the two ambiguous solutions. Current
The use of the disclosed method and apparatus both yield inaccurate solutions. This algebraic way
The method is then an iterative method that uses the solution from the algebraic method as an initial estimate of the device position.
May be addressed by law. Different processes can then select the exact solution. Therefore
Algebraic methods can be used to detect the presence of incorrect solutions and to look for both solutions.       [0028]   Disclosed method and apparatus for hybrid GPS and cellular positioning system
What is described in terms of the system should be understood by those skilled in the art. But
Et al. Disclose the disclosed method and apparatus as well as integrated GPS and long-range navigation.
Satellite measurements such as LORAN or other such terrestrial systems
Or it can be applied to any positioning system that combines ground measurements.       [0029]   BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is described below with reference to the following detailed description of preferred embodiments thereof, taken together with the following drawings
It will be understood in more detail from the description.       [0030]     BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Equation 1)  Overview   The disclosed method and apparatus are used to determine the position of a device in a position determination system.
Terrestrial transceiver station and satellite (ie hybrid positioning system)
It is a system that uses both. The method and apparatus described herein is directed to a receiver
There are not enough satellite measurements to determine the position of the satellite or a more accurate
And a combination of terrestrial transceiver stations such as base stations in cellular communication systems
Most useful in hybrid positioning systems that can be used and determined.       [0031]   According to the disclosed method and apparatus, the "algebraic" method has two solutions,
Used to determine if the value of both solutions is without iteration. Accordingly
Thus, the use of algebraic methods is preferred to obtain both incorrect solutions. Disclosure
The method and apparatus are algebraic (ie, non-
(Approximation) gives a solution. The navigation equations for this system are:
Contains one equation. That is, (1) as determined by the altitude auxiliary information
Altitude of the device, (2) satellite measurements, (3) time auxiliary information (ie, receiver clock
Estimated values of ias) and (4) ground measurements. The disclosed method and apparatus are non-reactive.
It can be used to solve the system's navigation equations in scenarios where inverse solutions are desired.
You.       [0032]   The approximation presented here is close to the satellite measurements and the initial estimate of user position.
By linearizing altitude auxiliary measurements. Linearize satellite and altitude measurements
Doing means removing terms that are squared (ie squared)
You. In one embodiment of the disclosed method and apparatus, the initial estimate of the user location is:
Information indicating which segmented ground transceiver station the user is communicating with (E
911 phase 1). So
Apart from this, the initial position determination can be performed by the above-mentioned position determination, other position determination techniques, etc.
Can be determined by any other means of estimating the location, such as the information obtained.
You. In another embodiment of the disclosed method and apparatus, the initial estimate is the serving
Either the center of the serving sector or the serving base station itself
It is. The estimate is the location of this serving sector and / or the serving base station
Information or any other information giving a reasonable estimate of the required position fix.
It should be understood that this can be done using information.       [0033]   An initial estimate based on the position determination of the serving base station is typically exactly 10
Within 15 km. The squared unknown (ie, the quadratic unknown) represents a single variable
Algebraic location methods can be used if they can be grouped together to form
To perform near-field measurements by linearizing satellite and altitude auxiliary measurements.
Similarity is needed. This variable is the same in each of the navigation equations.
The law must be prescribed. This is the four types of navigation shown above.
Is possible when the equations of
is there. Linearizing satellite and altitude auxiliary measurements reduces the number of second-order unknowns.
Group the quadratic unknowns together so that each of the navigation equations
Through the definition of a secondary variable with a consistent definition.       [0034]   If one of the solutions is more than 15 km from the reference point, the solution is incorrect. Only
However, since we decided in advance that this solution should be within 15km of the reference point,
Such an incorrect solution is not the desired solution. The reference point is within 15 km of the user
Cannot be determined in advance (ie, 15
altitude with a radius greater than km), the altitude information is
If not, the accuracy of the approximation can be improved.       [0035]   Therefore, if the altitude information is linearized, only one of the incorrect solutions will be
Inaccuracy can be resolved as long as it is within 10-15 km of the center. Both solutions are criteria
If within 15 km of the point, this approximation is valid for both solutions. But
Therefore, the estimates for both solutions are accurate, and one solution is chosen relative to the other.
Cannot be selected. Therefore, other criteria are used to distinguish between the desired solution and the wrong solution.
Must be used for       [0036]   Once the approximate solution is determined, the approximate solution is an initial condition that determines a more accurate iterative solution.
Can be used as Use the solution from the approximate solution as an initial estimate for mobile station location
Doing so provides a fast convergence to an error-free solution introduced by the approximation.       [0037]   Some of the criteria that can be used to identify the exact solution include:
, But is not limited to this. (1) Sector angle aperture (that is, large sector angle)
Size) and location, (2) the serving base station for the expected cell size.
Distance, (3) relative LMS cost of the two solutions if there is redundancy, (4) received signal
Coverage map useful for power and (5) network planning. Coverage Ma
Groups constitute an optimal criterion.       [0038]   The method description in this document is an example of a hybrid GPS and cellular positioning system
But this method combines satellite and terrestrial measurements,
Easy to use for any positioning system such as GPS and LORAN
Can be.       [0039]   There are different types of ground measurements. These are three categories: distance
, Pseudorange or distance difference. Furthermore, when
Meter bias and / or altitude estimates may be available. Fees to be described later
The numerical method and apparatus may include any of the following combinations of satellite and base station measurements.
Can handle any deviation.       [0040]   1. The same bias (with or without plane wave approximation)
Ground and satellite measurements as pseudoranges.       [0041]   2. Ground measurements and pseudoranges as distance differences (using plane wave approximation)
Satellite measurements. This is due to the pseudorandom noise (PN) offset difference (unlike satellites).
Bias) and RTD are both available. Next, the distance
The separation measurement is used to convert the total distance difference into a distance.       [0042]   It can be added to any combination of these measurements.       [0043]   ・ Estimated clock bias   ・ Altitude assistance (approximate the earth as a plane)   The techniques described herein can be extended to other types of measurements.       [0044]   Definition   This section defines the notation used throughout the rest of the text. Subscript subscript
"S" is used to indicate satellite measurements and satellite positions. Subscript subscript "b
Is used to indicate base station measurements and base station locations. The symbols γ, ρ, δ are
, Distance, pseudorange, and distance difference. Entete
Coordinates of xent = [Xent  yent  zent].
The unknowns in this system are u= [X  b]T= [Xyzb]TShown as
You. Variable b indicates the satellite measurement time bias. The letter "b" has a bias
Can be used for base station measurements where it can be assumed to be the same as for satellite measurements.
Wear. The traditional notation and definition is the vector criterion: | xi |
= (Xi 2+ Yi 2+ Zi 2)1/2And the dot product of two vectors, ie <
xi , Xj > = Xixj+ Yiyj+ ZizjUsed for       [0045]   The approximation made by manipulating the navigation equations is that the estimated position of the receiver is 10
Assume accurate to be within 1515 km. Generally, earliest to phone
The sector that has an arrival time is called the serving sector. This reference point is
It is the center of the coverage area of the serving sector. Sector size is 10
If greater than 15 km, the reference point will be updated according to this result disclosed
It may be necessary to perform an iteration of the method. However, in general, this is not necessary
.       [0046]   Altitude assistance   The mobile station's altitude estimate may be from terrestrial information, the aforementioned position fix, or other source.
Or may be available from measurements. Movement position xm = [Xm  ym  zm] Is the ground
When specified in earth fixed (ECEF) coordinates centered on a sphere, the altitude estimate is
xm | Is the estimated value. To include altitudes that help algebraic solutions,
Advanced auxiliary equations must be given as linear equations so as not to restrict the choice of quadratic terms
Must. This is the equation for the system in which the altitude estimate is (within a given radius of the rotation reference point)
This is done by rotating the coordinate frame so that there is a linear combination of the unknowns.
Can be.       [0047]   ECE so that the Z axis passes through a point selected as an initial estimate of the mobile station's position.
Rotate the F coordinate frame. Terrestrial traffic such as cellular base stations and GPS satellites
For a hybrid positioning system using transceiver stations, this initial estimate is
, The coverage area of the selected base station. Base station measurements are pseudorange
In the case of separation or distance, the center of the serving sector is used as an initial estimate
it can. If the base station measurement is a distance difference, the serving base station (distance difference reference)
, Must be used as an initial estimate. This is the case for distance difference measurements.
Due to restrictions imposed by law.       [0048]   If the initial estimate of the mobile station location is close to the exact location of the mobile station, estimate the mobile station altitude
The value is an estimate of the mobile station's Z coordinate in the new rotational coordinate frame. Linearization is high
The degree estimate to the mobile station's X coordinate or Y coordinate (instead of the Z axis as described above)
Can be performed alternatively. Rotating matrices
The matrix T is calculated as follows.       [0049]   r0 = [X0  y0  z0] Is the ECEF locus of the initial estimate for the mobile station location
When indicating a landmark, these coordinates can be converted to a spherical coordinate system as follows. θ, Pio
And where r are the coordinates of a spherical coordinate frame,   (Equation 2) It is.       [0050]   The rotation matrix can be shown as a function of spherical coordinates.       [0051]   (Equation 3)   New coordinates of all satellites and base stations in the rotating coordinate system using the rotation matrix T
Is calculated.       [0052]   (Equation 4)   si Indicates the coordinates of the satellite i in the ECEF coordinates, and siT Is the rotation coordinate system
Shows the coordinates of star i. Therefore, equation (5) is calculated from the satellite coordinates of the ECEF coordinates.
This shows the coordinates of the satellite i in the rotating coordinate system as calculated. Therefore, the rotation coordinate system
An estimate is provided for the Z coordinate of the station. The estimated value of the Z coordinate is the new primary
It can simply be taken into account by adding the expression z ^ = z to the system equation. This
One purpose of this method is to define the equations of the system by λ. Equation 6a is
, To indicate the position determined by the primary variable λ. Variable Aa, La,
And caIs chosen to make the equal sign accurate.       [0053]   (Equation 5)   In equation 6b, AAIs equal to the one-dimensional matrix [0010], and λ is four
Equal to a one-dimensional matrix containing unknowns x, y, z, and b, laIs zero
Equal to, caIs equal to z ^.       [0054]   (Equation 6)   The form of Equation 6b is known for altitude information, as can be seen below, and includes satellite measurements and
And make it easier to combine with other information such as base station measurements.       [0055]   Satellite measurements   [Xm  ym  zm] Is the position of the mobile station whose position is required, and [xsi
ysi  zsi] To the satellite SiPosition. Let b be the receiver clock bias. I
Thus, the pseudorange measurement ρ for each satellitei(Where i = 1,... N)
It can be shown as follows.       [0056]   (Equation 7)   It is reasonable to use a plane wave approximation because satellites are so far from the earth
It is. The plane wave approximation replaces the sphere at a certain distance from the satellite with the satellite measurement surface
A plane at a certain distance from the star.       [0057]   The vector isν si= (Xr-Xsi) / | Xr-Xsi|
The line of sight serves as a reference from the satellite. The satellite measurement equation can be described as
.       [0058]   (Equation 8)   It can be seen that equation 8b continues from equation 8a.       [0059]   (Equation 9)   The system equations show the relationship of each set of satellite measurements to the required position.
Can be described in the following format.       [0060]   (Equation 10)   Equation 8b is used for a plurality of satellites1From snIn the form of equation 9a for
It looks like this:       [0061]   (Equation 11)   Time assistance   RTD measurements made at the reference base station are used to estimate the bias of the mobile station clock.
Can be used. The RTD measurement is sent from the base station to reach the mobile station,
When needed for signals retransmitted by the station and received by the base station
The amount of time is measured, and synchronous retransmission by the mobile station (that is, the transmitted and received signals are synchronized)
). Assumption is made that propagation times are equal in both directions
In this case, the amount of time required for the signal to travel from the base station to the mobile station is RTD
It can be determined from 1/2 of the measured value. Therefore, the mobile station clock indicates that the signal
Offset from base station clock by the amount of time needed to pass distance from moving object
Therefore, the mobile station clock bias for the base station can be determined. Mobile station clock is GPS
It should be noted that it is used as a time reference to measure pseudoranges.
Therefore,   (Equation 12) It is.       [0062]   Where b ^ is the time reference used to perform GPS pseudorange measurements.
This is an estimated value of the bias b. Clock bias is similar to the previous navigation solution.
It may also be available from other sources or measurements. Estimated clock bias
Indicates the new linear equation, b ^ = b, in the form used for the system equations.
And can simply be considered.       [0063]   (Equation 13)   Ground measurements and system solutions   Ground measurements can be processed in three ways.       [0064]   1. Ground pseudo distance   2. Ground distance   3. Ground arrival time difference   Ground measurements as pseudoranges   The pilot phase measurement formed by the mobile station is considered a pseudorange. G
For systems using both PS and LORAN, the LORAN measurement is the pseudorange and
May be considered. If ground measurements are considered pseudoranges, these are:
Can be shown.       [0065]   [Equation 14]   Where btIs the bias of each measurement.       [0066]   Perform the following operations for each of the measurements. First btSubtract from both sides
You. Next, squaring both sides of the equation gives:       [0067]   (Equation 15)   Next, when each side is expanded, it becomes as follows.       [0068]   (Equation 16)   Then, when all of the quadratic terms are collected on the right side of the equation,       [0069]   [Equation 17]   Secondary variable, λ = | x |2-BtIs defined. Equation (13c) is written as
Can be described.       [0070]   (Equation 18)   The calculation for each base station can be performed using the equations (13) and (14) of the pseudorange measurement value.
Wear. Therefore, a plurality of base stations b1From bnThe system equation for is then
It can be shown in the desired format as follows:       [0071]   [Equation 19]  Altitude assistance, satellite measurements and equations (6), (9), and (11) respectively
A time bias measurement as defined in can be added to the system at this stage. This
Use a plane wave approximation to satellite measurements because the quadratic terms are the same anyway
Note that you don't have to. Therefore, it was used here for base station measurements
The same operation can be performed on satellite measurements.       [0072]   This set of equations can be concatenated to obtain one set of equations.       [0073]   (Equation 20)   Let B be the reciprocal of the generalized A (the covariance in this case is the
Note that it is not the same as Rix), then:       [0074]   (Equation 21)   A pair of vectors d representing the x, y, and z components of vectors p and q
And e are defined as follows:   (Equation 22)And a pair of scalars f and g indicating the offset b of the vectors p and q are
It is specified as follows.       [0075]   (Equation 23)   Therefore, the following can be understood.       [0076]   (Equation 24)   (Equation 25)   Therefore, the following is obtained by substituting equation 28b into the definition of λ.       [0077]   (Equation 26)   Next, λ2All terms related to λ, all terms related to λ, not related to λ
Collecting all of the terms together on the left side of the equation gives:       [0078] [Equation 27]   Equation (19b) is a quadratic term of λ and has the following solution:       [0079]   [Equation 28]   Substituting these two values of λ as a function of λ into the definition of the system variable
Therefore, a solution corresponding to these two values of λ can be obtained.       [0080]   (Equation 29)   Substituting the two solutions back into the system equations to distinguish the correct solutions
Find a solution that produces a slight residual. If both solutions produce small residuals, this
There are two incorrect solutions in the stem.       [0081]   Ground measurements as distance   RTD measurements performed by the base station approximate the distance between the mobile station and the base station
Can be used to RTD measurements made at the base station shall be considered distance measurements
Can be. RTD measurements made at the reference station can be used to obtain distance to other base stations.
Mobile station measurement of arrival time difference of pilot signals from reference base station and other base stations
Can be combined with values.       [0082]   Note that in this case it is not necessary to use the approximation for altitude assistance described above.
Please.       [0083]   If a ground measurement is considered to be a distance, this ground measurement shall be given in the following format:
Can be.       [0084]   [Equation 30]   The following operations can be performed on each of the measurements.       [0085]   (Equation 31)   Next, the term on the right side of this equation is expanded.       [0086]   (Equation 32)   Next, the quadratic terms are collected and separated on the right side of the equation.       [0087]   [Equation 33]   The secondary variable is λ = | x|2Is defined as Equation (23c) is shown as follows:
Can be       [0088]   [Equation 34]   The calculations for all distance measurements can be performed with equations (23) and (24). next,
The equation for this system can be described as:       [0089]   (Equation 35)   Altitude assistance, satellite measurements and equations (6), (9), and (11) respectively
A time bias measurement as defined in can be added to the system at this stage. This
Can be concatenated to obtain one set of expressions.       [0090]   [Equation 36]  Let B be the reciprocal of the generalized A (the covariance matrix in this case is the covariance
Note that it is not the same as a matrix), then:       [0091]   (37)   A pair of vectors d representing the x, y, and z components of vectors p and q
And e are defined as follows:   [Equation 38] And a pair of scalars f and g indicating the offset b component of the vectors p and q
It is specified as follows.       [0092]   [Equation 39]   Therefore, the following can be understood.       [0093]   (Equation 40)  (Equation 41)   Thus,       [0094]   (Equation 42)   By subtracting λ from both sides of equation 29a, the equal sign is set to zero:   [Equation 43]   Equation (29b) is a quadratic equation of λ and has the following solution:       [0095]   [Equation 44]   Substituting these two values of λ as a function of λ into the definition of the system variable
Therefore, a solution corresponding to these two values of λ can be obtained.       [0096]   [Equation 45]  Substituting the two solutions back into the system equations to distinguish the correct solutions
Find a solution that produces a slight residual. If both solutions produce small residuals, this
There are two incorrect solutions in the stem.       [0097]   Base station measurements as distance differences   The mobile station measures the arrival time difference between pilot signals from different base stations. this
These measurements can be considered distance differences. Use both GPS and LORAN
In the system used, the LORAN measurement may be considered as a distance difference. Base station
One (eg, b0) Is the criterion for the measurement of the total distance difference,
Assume, without loss of generality, that it is the origin of the standard frame. Therefore, the distance
The difference measurement can be shown as follows.       [0098]   [Equation 46]   Perform the following operations for each of the measurements.       [0099]   [Equation 47]   Expand both sides:   [Equation 48]  Next, collect quadratic terms on the right side of the equation.       [0100]   [Equation 49]   The secondary variable is λ = | x|. Equation (33c) is described as follows:
it can.       [0101]   [Equation 50]   The operations of equations (33) and (34) for the total distance difference measurement can be performed. Then this
The system equation can be described as follows:       [0102]   (Equation 51)   Altitude assistance, satellite measurements and equations (6), (9), and (11) respectively
A time bias measurement as defined in can be added to the system at this stage. This
Can be concatenated to obtain a single set of expressions.       [0103]   (Equation 52)  Let B be the reciprocal of the generalized A (the covariance matrix in this case is the covariance
Note that it is not the same as a matrix), then:       [0104]   (Equation 53)   At this point, two new vectors d and e and two new scalars f and g
Is defined.       [0105]   (Equation 54)   p(1) p(2) p(3) is the x and y components of the vector p and
This is the z component.       [0106]   q(1) q(2) q(3) is the x and y components of the vector q and
This is the z component.       [0107]   p(4) is the b component of the vector p.       [0108]   q(4) is the b component of the vector q.       [0109]   This considers the x, y and z components to be distinct from the b component
be able to.       [0110]   When substituting equation 38 into equation 37, the following equation is obtained.       [0111]   [Equation 55]   You should see that:       [0112]   [Equation 56]   Therefore, the unknowns x, y, and z of this system are the functions of λ as
Can be shown.       [0113]   [Equation 57]   Equation 39a is set equal to zero by subtracting λ from both sides.       [0114]   [Equation 58]   Equation (39b) is a quadratic term of λ and has the following solution:       [0115]   [Equation 59]   Substituting these two values of λ as a function of λ into the definition of the system variable
Therefore, a solution corresponding to these two values of λ can be obtained.       [0116]   [Equation 60]   Ambiguous solution   Algebraic solutions of quadratic systems always yield two solutions, even with redundancy. Disclosure
According to the method and apparatus described, these two solutions were combined in order to distinguish the correct solution.
Substitute back into the system equations to find a solution that produces a very small residual. Both solutions
Yields a small residual, the system has two distinct solutions. The correct solution is
A solution that is consistent with the sector information associated with base station measurements. Apart from that,
Any of the methods used to determine the initial estimate of the
To help resolve ambiguity (ie choose one of two solutions)
Those skilled in the art will appreciate that For example, if the position is
The sector in communication with the device to be installed is one of the solutions, instead the serving base
Location of the base, altitude of the device as determined by the altitude sensor in this device,
Or used to limit the possibility that one of the solutions is more likely than correct
Any other information that may be transmitted may be removed. Resolve the ambiguity as described above.
Some of the criteria that can be used to make decisions include, but are not limited to:
Not. (1) Sector angle aperture (ie, sector angle size) and distribution
(2) distance to serving base station for expected cell size, (3) redundancy
If there is a length, the relative LMS costs of the two solutions, (4) received signal power and (5)
) Coverage map useful for network planning.       [0117]   FIG. 7 shows one device 7 used to implement the disclosed method and device.
00 is shown. As shown in FIG.
, A transceiver 704, and a processor 706. This antenna is a satellite
And a signal from each of the signal sources, such as a ground transceiver station. This signal
Are coupled from an antenna 702 to a transceiver 704. Next, this signal:
Processed by transceiver 704 as is well known to those skilled in the art. This tran
Sheva is an analog communication transceiver, digital communication transceiver, GPS
Positioning transceiver, Loran transceiver, or these or other types
Any combination of transceivers may be used. Next, the processing signal is sent to the processor
706. This processor 706 can perform the functions described above and
General purpose microprocessor with memory and special microprocessor with memory
, Dedicated integrated circuits (ASICs) (or parts of ASICs), dedicated including discrete components
Dedicated computer including circuit and state machine, or mini computer, desk
Top computer, laptop computer or mainframe computer
Any type of computing device, including any general purpose computer including a computer
Good. The processor 706 outputs the position of the device 700. Processor
The processing functions performed by 700 may be at the same physical location, or
It may be distributed among several parts that may not be present. For example, if information is needed
Like a possible decision device (PDE) that performs some of the calculations and operations performed
It is common for devices to collect and send to external devices.       [0118]   It should be noted that the preferred embodiments described above are cited as examples,
The full scope of the invention is limited only by the claims. For example, the present application
Although illustrating the use of some example communication base stations, terrestrial transceiver stations may
Any station that can be supplied and accepts the present method and apparatus for determining a position location;
Is also good. Similarly, the satellite referenced in many of the above examples is a GPS satellite. in addition
Nevertheless, the satellite may use a location finder that can be used as described above for a location determination.
Any system that provides an additional signal that results in [Brief description of the drawings]     FIG.   4 shows four satellites and a GPS receiver.     FIG. 2   Fig. 2 shows a ground transceiver station and a mobile station.     FIG. 3   Three satellites, a terrestrial transceiver station, and a mobile station are shown.     FIG. 4   Two base stations and a mobile station are shown.     FIG. 5   Shown are two satellites 501, 502, a base station 504, and a mobile station 505.
.     FIG. 6   A satellite 601, two terrestrial transceiver stations 604, and a mobile station are shown.     FIG. 7   FIG. 3 illustrates one example structure used to implement the disclosed method and apparatus.
ing. [Explanation of symbols] 101 satellite, 102 satellite, 103 satellite, 104 satellite, 201 base station,
202 mobile station, 301 satellite, 704 transceiver, 706 processor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 バヤノス、アルキヌース・ヘクター アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92109 サン・ディエゴ、ナンバー2、サ ウス・フェルスパー・ストリート 1134 (72)発明者 アガシェ、パラグ・エー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92126 サン・ディエゴ、ナンバー4、カ ミノ・ルイズ 10173 (72)発明者 ソリマン、サミール・エス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92131 サン・ディエゴ、サイプレス・キ ャニオン・パーク・ドライブ 11412 Fターム(参考) 5J062 AA05 AA13 BB01 CC07 DD05 5K067 AA21 BB04 BB21 DD20 DD25 DD30 EE02 EE10 FF03 JJ52 JJ53 JJ56 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, B Z, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK , DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, J P, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR , LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, R O, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ , TM, TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventors Bayanos, Alkinus Hector             United States, California             92109 San Diego, number 2, sa             Us Verspar Street 1134 (72) Inventor Agashe, Paraguay             United States, California             92126 San Diego, number 4, mosquito             Mino Luis 10173 (72) Inventors Soliman, Samir S             United States, California             92131 San Diego, Cypress Ki             Canyon Park Drive 11412 F term (reference) 5J062 AA05 AA13 BB01 CC07 DD05                 5K067 AA21 BB04 BB21 DD20 DD25                       DD30 EE02 EE10 FF03 JJ52                       JJ53 JJ56

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】装置の位置を決定する方法であって、 a)決定されるように求められる特定の位置に関連した距離情報、擬似距離情
報、および到達差の情報を受信する、 b)前記擬似距離情報に関連した未知数二次項を除去する平面波近似を使用す
る、 c)前記距離情報の前記未知数二次項に二次変数を代入する、 d)送信点の1つを有する座標フレームを前記座標フレームの原点として構成
する、 e)新しく構成された座標フレームによって距離到達差の情報を示す、 f)未知の位置座標に二次変数を代入し、到達差の情報の前記方程式を前記擬
似距離情報および前記距離情報を示すために使用される形式と同じ形式に配置す
る、 g)前記距離、擬似距離および到達差の情報に対する前記方程式を連結して一
つの方程式のセットにする、 h)未知数を前記二次変数の関数として示す、及び i)前記二次変数に対する解を求め、求められる位置に対する2つの解を決定
する、 の工程を含む、装置の位置を決定する方法。
Claims 1. A method for determining a position of an apparatus, comprising: a) determining distance information, pseudorange information, and arrival difference information associated with a particular position sought to be determined. Receiving, b) using a plane wave approximation to remove the unknown quadratic term associated with the pseudorange information, c) substituting a secondary variable for the unknown quadratic term of the distance information, d) identifying one of the transmission points E) indicating the information of the distance arrival difference by the newly constructed coordinate frame; f) substituting a secondary variable into an unknown position coordinate to obtain the information of the arrival difference. Placing equations in the same format as used to indicate the pseudorange information and the distance information; g) concatenating the equations for the distance, pseudorange and arrival difference information into one H) indicating the unknown as a function of the secondary variable; and i) determining a solution for the secondary variable and determining two solutions for the determined position. How to determine.
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